DE2545479A1

DE2545479A1 - Hochspannungs-schaltgeraet

Info

Publication number: DE2545479A1
Application number: DE19752545479
Authority: DE
Inventors: Peter Headley; John Stanley Stewart
Original assignee: REYROLLE-PARSONS Ltd; Reyrolle Parsons Ltd
Current assignee: Rolls Royce Power Engineering PLC
Priority date: 1974-10-11
Filing date: 1975-10-10
Publication date: 1976-04-22
Also published as: IT1047808B; FR2287764A1; CH613805A5; JPS5185472A; US4070558A; FR2287764B1; CA1026808A; GB1525460A

Description

Hochspannungs-Sclialtgerät

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungs-Sehaltgerät, das in einem ein elektrisch isolierendes gasförmiges oder flüssiges Medium enthaltenden Gehäuse arbeitet, und ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf einen Hochspannungs-Leistungsschalter des Typs anwendbar, bei dem in einem dichten Gefäß bzw. Kessel ein oder mehrere Schaltereinheiten im im Gefäß befindlichen elektrisch isolierenden Medium, das beispielsweise unter Druck stehendes SFg-Gas sein kann, angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftlich herstellbares Schaltgerät der beschriebenen Gattung mit einfacher Arbeitsweise, hoher betrieblicher Leistungsfähigkeit und geringem Raumbedarf zu schaffen.

Erfindungsgemäß weist ein Schaltgerät der eingangs genannten Gattung eine erste Kontakt-Baugruppe auf, die relativ zu einem mit ihr zusammenwirkenden rohrförmigen zweiten Kontaktstück verstellbar ist und zu der ein elektrisches Hauptkontaktstück, ein Hilfskontaktstück sowie eine Isolierdüse gehören, die einen Strom des flüssigen oder gasförmigen

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Mediums durch den Zwischenraum zwischen der weggerückten ersten Kontakt-Baugruppe und dem zweiten Kontaktstück und auf einen beim Betätigen desleistungssciialters zwischen ihnen gezogenen Lichtbogen richtet, wobei eine "Vorrichtung vorhanden ist, die bei Betätigung des Laistungsaihälfeers unter Druck stehendes Fluid zur Isolierdüse liefert, um den Fluidstrom zu erzeugen, und wobei sich das Hilfskontaktstück während des Trenn- bzw. Ausschalthubes des Schaltgerätes relativ zum Hauptkontakt stück so zu verstellen vermag, daß es den elektrischen Strom führt und zusätzlich ein Ventil betätigt, das einen Teil des durch den Zwischenraum hindurchgetretenen Fluidstromes umlenkt, damit er durch einen radialen Durchlaß in der beweglichen Kontakt-Baugruppe entweichen kann, wobei ein anderer Teil des durch den Zwischenraum hindurchgetretenen Fluidstromes durch die Höhlung des rohrförmigen zweiten Kontaktstückes entweicht.

Vorzugsweise ist das rohrförmige zweite Kontaktstück feststehend und die erste Kontakt-Baugruppe beweglich.

Die Vorrichtung zur Lieferung von Druckfluid zur Düse kann eine Pumpvorrichtung mit Kolben und Zylinder aufweisen, bei der der Pumpzylinder an der Düse befestigt ist, um Druckfluid in die Düse abzugeben, und der Pumpkolben feststeht, wobei das Hauptkontakt stück der ersten Kontakt-Baugruppe mit dem Pumpzylinder und der Düse fest verbunden ist, um deren Bewegung mitzumachen.

In einer bevorzugten Ausführungsform geht der Stromweg durch das Schaltgerät in dessen Schließ- bzw. Einschaltstellung vom zweiten Kontaktstück zum Hauptkontakt stück und von dort zum Pumpzylinder. Während einer Anfangsphase des Ausschalthubes führt der Stromweg vom zweiten Kontaktstück zum Hilf akontaktstück und von dort über das mit dem Hilf skontaktstück in Reihe geschaltete Hauptkontakt stück zum Pump zylinder.

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Vorzugsweise bildet das Hilfskontaktstück das Ventil. Es kann einen im wesentlichen zylindrischen Körper aufweisen, der in seiner Wand mit einer in radialer Richtung offenen Aussparung versehen ist, die mit dem radialen Ventilationsdurchlaß in der beweglichen Kontakt-Baugruppe in Deckung kommt.

Das Hilfskontaktstück weist vorzugsweise eine relativ feststehende Abreißelektrode zur Übertragung des Lichtbogens während des Ausschalthubes des Schaltgerätes auf. Das Hilfskontaktstück kann auch eine Ablenkvorrichtung aufweisen, die den Strom des elektrisch isolierenden Mediums in die in radialer Richtung sich öffnenden Aussparungen leitet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen einer speziellen Ausführungsform mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Teiles eines Dreiphasen-Hochspannungs-Mstur^ssdiätfcers mit Schaltereinheiten in erfindungsgemäßer Ausbildung,

Fig. 2 eine mehr ins einzelne gehende Ansicht einer Ausführungsform einer der Schaltereinheiten des in Fig. 1 dargestellten Leistungsschalters in der Einschaltetellung, und

Fig. 3 eine Ansicht in vergrößertem Maßstab der Kontaktanordnung der in Fig. 2 gezeigten Schaltereinheit, jedoch in der Ausschaltstellung der Schaltereinheit

Bei der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform weist ein Hochspannungs-leistuqgasdiäliEr34 drei vertikal angeordnete Schaltereinheiten 35 auf, die an Isolatorständern 36 an einem Metallgestell 37 befestigt und mit einer gemeinsamen Betätigungsvorrichtung 38 über eine Betätigungsstange 39 und einzelne, an jede Schaltereinheit 35 angeschlossene Zugstangen 40 gekoppelt sind. Jede Phase eines dreiphasigen elektrischen

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Stromkreises ist an Anschlußklemmen 41 und 42 an jeder Schaltereinheit 35 angeschlossen. Die Mittelphase in Pig. 1 zeigt im Umriß eine einzelne Schaltereinheit 35, die in Fig. 2 und 3 mit weiteren Einzelheiten dargestellt ist.

Zu jeder Schaltereinheit 35 gehört ein Glockenisolatorrohr 35a, dessen Höhlung unter niedrigem überatmosphärischem Druck stehendes SFg-G-as enthält, und in dem eine Kontakt-Baugruppe angeordnet ist, welche ein feststehendes rohrförmiges Kontaktstück 10 aufweist, das durch einen mit Plansch versehenen Abschnitt 10a an einem mit Ventilationsöffnungen versehenen Gehäuse 11 gehalten und mit einer zugehörigen Anschlußklemme 41 der Schaltereinheit 35 elektrisch verbunden ist. Entsprechend Pig. 2 ist das feststehende Kontaktstück 10 bei geschlossener Schaltereinheit 35 von einer in ihrer Gesamtheit mit 12 bezeichneten beweglichen Kontakt-Baugruppe umgeben. Die bewegliche Kontakt-Baugruppe 12 weist einen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, wie z.B. Kupfer oder Kupferlegierung, hergestellten Pumpzylinder 13 auf, der über Übertragungskontaktstücke 43, einen Kontaktring 44 und einen feststehenden Stützfuß 45 mit der anderen Anschlußklemme 42 der Schaltereinheit 35 elektrisch verbunden ist. Vom Pumpzylinder 13 ausgehend ist der elektrische Stromkreis durch eine mit Öffnungen versehene Endwand 14 des Pumpzylinders 13 fortgeführt, die vier axiale Durchlässe 15 und ebenfalls vier radial verlaufende Ventilationsdurchlässe 16 aufweist. Die axialen und radialen Durchlässe 15 und 16 sind um die Endwand 14 herum mit Zwischenabstand angeordnet, stehen jedoch nicht miteinander in Verbindung. Ein von der Endwand 14 vorspringender und eine Schulter 17 aufweisender Zapfen 14a trägt eine Isolierdüse 18, die aus einem entsprechenden Werkstoff, wie z.B. Polytetrafluoräthylen, hergestellt ist. Die Isolierdüse 18 weist eine sich verjüngende Aussparung 19 auf, die zu einer Engstelle 20 führt,wo dife isolierdüse am feststehendenKontaktstück 10 satt anliegt.

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In einer zentralen Aussparung in der Endwand 14 des Pumpzylinders 13 ist ein Fingerkontaktstück befestigt, das einen zylindrischen Körper aufweist. Dieser hat an einem Ende einen mit Gewinde versehenen zylindrischen Endabschnitt 21, der in die Endwand 14 eingesetzt ist, und einen im Querschnitt verkleinerten konischen Abschnitt 22 hat, in den axiale Schlitze eingeschnitten sind. ein fflehrfaehkontaktstück mit elastischen Kontakt fingern ·. Die. vorderen Enden 22a der Kontaktfinger sind im Kreis angeordnet und können das feststehende Kontaktstück 10 umgeben, wobei sie an diesem gleitend angreifen, um mit ihm elektrischen Kontakt herzustellen.

Ein hohles Mitnehmerrohr 23 ist an einem Ende 23a am Endabschnitt 21 des Fingerkontaktstücke s und am anderen Ende, entsprechend Pig. 1, an einer Betätigungszugstange 40 befestigt. Seine Höhlung enthält am linken Ende eine bei satter Anlage verschiebbare, in ihrer Gesamtheit mit 24 bezeichnete Hilfsdüsenkontakt-Baugruppe mit einem offenen Zylinder 25 λ in dessen Höhlung sich eine sternförmige Stütze 26 befindet. In die sternförmige Stütze ist eine Baugruppe mit einer Abreißelektrode 27 und einem kurzen Ablenkstück 28 eingeschraubt. Ein Ende des Zylinders 25 ist durch das Ende des kurzen Ablenkstückes 28 abgedichtet, jedoch weist die Zylinderwand zwischen dem kurzen Ablenkstück 28 und der sternförmigen Stütze 26 einen Umfangsschlitz 29 auf, dessen Abmessungen so gewählt sind, daß er die radialen Ventilationsöffnungen 16 überspannt, wenn die Hilfsdüsenkontakt-Baugruppe 24 die in Fig. 3 gezeichnete Stellung einnimmt. Die Hilfsdüsenkontakt-Baugruppe 24 ist gegen das Mitnehmerrohr 23 durch elektrisch isolierte Stützteile 28a und 23e elektrisch isoliert und zu ihrer in Fig. 2 und 3 gezeichneten Endstellung hin von einer Feder elastisch gedrängt, die im Mitnehmerrohr 23 aufgenommen ist und sich an der Rückseite des kurzen Ablenkstückes über eine Verbindungsstange 28b und das Stützteil 28c abstützt. Im Innern des Mitnehmerrohres 23 begrenzt eine

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Stufe 23b den Verstellweg eines Kontakt stück es 30, um Verformung der Kontakt enden 22a zu verhindern.

Am entgegengesetzten Ende des Zylinders 25 befindet sich eine lichtbogenfeste, elektrisch leitende Düse 30'» die, entsprechend Fig. 2, durch stumpfes Anstoßen in elektrischen Kontakt mit einem lichtbogenfesten Ring 10b am vorderen Ende des feststehenden Kontakt stück es 10 kommen kann.

Im Pumpzylinder 13 ist mit satter Anlage ein feststehender Pumpkolben 32 aufgenommen, der durch Klappenventile 32b abgedeckte Ventilationslöcher 32a aufweist. Das Mitnehmerrohr 23 ist mit satter Anlage durch eine zentrale Aussparung 33 in der Kolben-Baugruppe 32 hindurchgeführt. An seinem dem Hauptkontakt stück und der Kontakt-Baugruppe 12 zugewandten Ende ist der Pumpzylinder 13 zur Erzielung einer Längsbewegung über das Mitnehmerrohr 23 und die in Fig. 1 dargestellte Zugstange 40 mit der Betätigungsvorrichtung 38 des Ieistui^schäLters 34 gekoppelt. Die Schaltereinheit 35 ist in einem unter Druck stehenden, elektrisch isolierten Gefäß bzw. Kessel 46 aufgenommen, der an jedem Ende durch Endflansche 47 bzw. 48 abgedichtet ist.

Anhand der Zeichnungen wird nun die Arbeitsweise der Schaltereinheit zum Ausschalten einer Wechselstrom-Starkstromleitung beschrieben.

Fig. 2 zeigt die Einschalt st ellung. Der Kraftstromweg führt von der beweglichen Kontakt-Baugruppe 12 über die Pumpzylinderwände 13 und 14, das Mehrfachkontaktstück 21,22 und das feststehende Kontaktstück 10 zum diesem zugehörigen Gehäuse 11. Der Druck des SFg-Gases an der Außenseite des Pumpzylinders 13 ist im wesentlichen der gleiche wie derjenige, der im Innern des Pumpzylinders 13 herrscht und die feststehenden und beweglichen Kontakt-Baugruppen umgibt. Die Betätigungsvorrichtung 38, 39, 40 wird betätigt, um das Mitnehmerrohr 23 und den Pumpzylinder 13 entsprechend Fig.

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nach rechts zu treiben, so daß das Gas im Pumpzylinder 13 gegen den feststehenden Pumpkolben 32 auf einen höheren Druck als den den Pumpzylinder 13 umgebenden zusammengedrückt wird. Der höhere Druck bildet sich in den Gasdurchlässen 15 und innerhalb des Bereiches der Kontaktstücke, ist jedoch aufgrund der satten Anlage zwischen dem feststehenden Kontaktstück 10 und der Düsenengstelle 20 und zwischen dem Zylinder 25 der Hilfskontakt-Baugruppe 24 und der Aussparung des Endabschnittes 21 des Mehrfachkontaktstückes am Entweichen zur Außenseite der Kontakt-Baugruppe 12 gehindert.

Mit fortschreitendem Ausschaltvorgang hält die Hilfskontaktdüse 30, bedingt durch Beharrungsvermögen und durch die von der Feder 31 bewirkte elastische Vorspannung, elektrischen Kontakt mit dem feststehenden Kontaktstück 10 aufrecht und die Mehrfachkontaktfinger 22 gleiten nach rechts über die Außenfläche des feststehenden Kontaktstückes 10 und an dessen vorderem Ende 10b vorbei, bis die Kontakte in der Stellung kurz vor Kontakttrennung zwischen dem vorderen Ende 10b und der Hilfskontaktdüse 30 sind. Da die Hilfskontakt-Baugruppe 24 durch die Feder 31 in Anlage am feststehenden Kontaktstück 10 gehalten wurde, haben zu diesem Zeitpunkt die Mehrfachkontaktfinger 22 das feststehende Kontaktstück 10 verlassen und liegen fest am Zylinder 25 der Hilfskontakt-Baugruppe 24 an, und der ümfangsschlitz 29 im Zylinder 25 steht in Deckung mit den radialen Ventilationsdurchlässen 16. Weitere Verstellung der beweglichen Kontakt-Baugruppe 12 nach rechts zieht einen Lichtbogen zwischen dem Schalt- bzw. Abreißring 10b des feststehenden Kontaktstückes 10 und dem Hilfskontakt-Abreißdüsenring 30, und das unter Druck stehende Gas kann dann durch die axialen Gasdurchlässe 15 und über den so gebildeten Lichtbogen strömen, wobei es in das Innere des feststehenden Kontaktstückes 10 gelangt und auch durch den Zylinder 25 der Hilfskontakt-Baugruppe 24 hindurch zurückströmt, um durch den Umfangsschlitz 29 und die Ventilationsdurchlässe 16 in radialer Richtung zu entweichen. In dieser Phase sperrt das feststehende Kontaktstück 10 noch immer die

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Engstelle 20 der Isolierdüse 18 ab, gibt jedoch bei weiterer Verstellung diesen Gasströmungsweg frei. Bis zu diesem Zeitpunkt wird der Lichtbogen aufgrund des elektromagnetischen Feldes und des Gasdruckes getrieben, bis er zwischen dem feststehenden Kontaktstück 10 und dem Abreißelektroden-Kontaktstück 27 steht. Die Gasströmung und die resultierende Ausdehnung des Lichtbogens sowie die durch die Wirkung des komprimierten Gases bedingte Energievernichtung führen schließlich zur Lichtbogenlöschung in einem geeigneten Stromnulldurchgang, wobei sich die bewegliche Kontakt-Baugruppe 12 in der in Fig. 3 gezeichneten Ruhestellung befindet.

Schließen der Schaltereinheit 35 wird durch Verstellen der beweglichen Kontakt-Baugruppe 12 und des Mitnehmerrohres 23 nach links bewirkt. Dank des Klappenventils 32b wird Gas rasch in die Baugruppen hineingesaugt.

Die Hilfskontakt-Baugruppe 24 kann dazu verwendet werden, anstelle des Umfangsschlitzes 29 und der Ventilationsdurchlässe 16 oder zusätzlich zu diesen eine gesonderte zugehörige Ventilöffnung zu betätigen. Die Wand der Isolierdüse kann in Strömungsrichtung hinter ihrer Engstelle 20 von einer zusätzlichen Ventilationsöffnung durchsetzt sein.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von SFg-Gas als elektrisch isolierendes gasförmiges oder flüssiges Medium beschränkt. SFg kann in flüssiger Form sein, oder es kann ein anderes Gas oder ein flüssiges Medium verwendet werden.

Außerdem kann eine Mehrzahl von Schaltereinheiten in einem mit gasförmigem oder flüssigem elektrisch isolierendem Medium gefüllten gemeinsamen Tank oder Gefäß enthalten sein, wobei die Schaltereinheiten in Reihe geschaltet mit den Anschlußklemmen einer Phase des LeistungschalteB verbunden sind. Alle Schaltereinheiten können durch die gleiche Betätigungsvorrichtung betätigt sein.

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Claims

ANSPRÜCHE

Hochspannungs-Schaltgerät, insbesondere

fochspannungs-Leistungsschalter, der in einem ein flüssiges oder gasförmiges elektrisch isolierendes Medium enthaltenden Gehäuse arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Kontakt-Baugruppe (bewegliche Kontakt-Baugruppe 12), die ein im wesentlichen rohrförmiges Hauptkontaktstück (zylindrischer Endabschnitt 21, konischer Abschnitt 22) und ein Hilfskontaktstück (Hilfsdüsenkontakt-Baugruppe 24) aufweist und relativ zu einem mit ihr zusammenwirkenden rohrförmigen zweiten Kontaktstück (feststehendes Kontaktstück 10) verstellbar ist, und daß eine Vorrichtung (Mitnehmerrohr 23, Pumpzylinder 13, Pumpkolben 32), die bei Betätigung des Schaltgerätes (34) unter Druck stehendes Fluid einer Isolierdüse (18) liefert, um einen Strom des flüssigen oder gasförmigen elektrisch isolierenden Mediums durch die Isolierdüse (18) zu erzeugen, so aufgebaut und angeordnet ist, daß sie diesen Strom nach innen in den Zwischenraum zwischen der weggerückten ersten Kontakt-Baugruppe (bewegliche Kontakt-Baugruppe 12) und dem zweiten Kontaktstück (feststehendes Kontaktstück 10) und auf einen beim Betätigen des Schaltgerätes (34) zwischen ihnen gezogenen Lichtbogen lenkt, wobei sich das Hilfskontaktstück (Hilfsdüsenkontakt-Baugruppe 24) während des Trenn- bzw. Ausschalthubes des Schaltgerätes (34) relativ zum Hauptkontaktstück (zylindrischer Endabschnitt 21, konischer Abschnitt 22) so zu verstellen vermag, daß es den Lichtbogenstrom führt und zusätzlich ein Ventil (Zylinder 25, Umfangsschlitz 29) in der ersten Kontakt-Baugruppe (bewegliche Kontakt-Baugruppe 12) betätigt, damit ein Teil des Fluidstromes aus der Isolierdüse (18) durch einen radialen Durchlaß (Ventilationsdurchlaß 16) in der beweglichen Kontakt-Baugruppe (12) zu deren

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Außenseite hin entweichen kann, wobei ein anderer Teil des Fluidstromes aus der Isolierdüse (18) durch die Höhlung des rohrförmigen zweiten KontaktStückes (feststehendes Kontaktstück 10) entweicht.
2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige zweite Kontaktstück (feststehendes Kontaktstück 10) feststeht, und daß die erste Kontakt-Baugruppe (bewegliche Kontakt-Baugruppe 12) beweglich ist und die Isolierdüse (18) trägt.
3· Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Vorrichtung (Mitnehmerrohr 23, Pumpzylinder 13, Pumpkolben 32) zur Lieferung von Druckfluid zur Isolierdüse (18) eine Pumpvorrichtung mit Kolben und Zylinder aufweist, bei der der Pumpzylinder (13) an der Isolierdüse (18) befestigt ist, um Druckfluid in die Isolierdüse (18) abzugeben, und der Pumpkolben (32) feststeht, wobei das Hauptkontaktstück (zylindrischer Endabschnitt 21, konischer Abschnitt 22) der ersten Kontakt-Baugruppe (bewegliche Kontakt-Baugruppe 12) mit dem Pumpzylinder (13) und der Isolierdüse (18) fest verbunden ist, um deren Bewegung mitzumachen.
4. Schaltgerät nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Stromweg durch das Schaltgerät (34) in dessen Schließ- bzw. Einschaltstellung vom zweiten Kontaktstück (feststehendes Kontaktstück 10) zum Hauptkontakt stück (zylindrischer Endabschnitt 21, konischer Abschnitt 22) und von dort zum Pumpzylinder (13) führt und während einer Anfangsphase des Ausschalthubes vom zweiten Kontaktstück ( feststehendes Kontaktstück 10) zum Hilfskontaktstück (Hilfsdüsenkontakt-Baugruppe 24) und von dort über das mit dem Hilfskontaktstück (Hilfsdüsenkontakt-Baugruppe 24) in Reihe geschaltete Hauptkontaktstück (zylindrischer Endabschnitt 21, konischer Abschnitt 22) zum Pumpzylinder (13) geht.

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5. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichne t, daß das Hilfskontaktstück (Hilfsdüsenkontakt-Baugruppe 24) einen beweglichen Ventilkörper (Zylinder 25) des Ventils (Zylinder 25, Umfangsschlitz 29) aufweist.
6. Schaltgerät nach Anspruch 5» dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Hilfskontaktstück (Hilfsdüsenkontakt-Baugruppe 24) einen im wesentlichen zylindrischen Körper (Zylinder 25) aufweist, der in seiner Wand mit einer in radialer Eichtung offenen Aussparung (Umfangsschlitz 29) versehen ist, die mit dem radialen Ventilationsdurchlaß (16) in cfer "beweglichen Eontakt-Baugruppe (12) in Deckung kommt, um das Ventil (Zylinder 25, Umfangssshlitz 29) zu öffnen.
7. Schaltgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gek ennzeichnet, daß das Hilfskontaktstück (Hilfsdüsenkontakt-Baugruppe 24) auch eine Abreißelektrode (27) aufweist, auf die während des Ausschalthubes des Schaltgerätes (34) ein Fuß des Lichtbogens übertragen wird.
8. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilf skontakt stück (Hilfsdüsenkontakt-Baugruppe 24) eine Ablenkvorrichtung (kurzes Ablenkstück 28) aufweist, die beim Öffnen des Ventils (Zylinder 25, Umfangssehlitz 29) den an erster Stelle genannten Teil des Fluidstromes in den radialen Durchlaß (Ventilationsdurchlaß 16) umlenkt.
9. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gek ennzeichnet, daß es in einem Gefäß (Glockenisolatorrohr 35a) angebracht ist, das ein elektrisch isolierendes flüssiges oder gasförmiges Medium enthält, und mit Anschlußklemmen (41,42) außerhalb dee Gefäßes (Glockenisolatorrohr 35a) elektrisch verbunden ist.

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